Salvando a ciência de uma sonda lunar em Marte: uma visão de cientista

Missão Phobos-Grunt Mars

Um conceito artístico da espaçonave Phobos-Grunt se aproximando da lua marciana de Fobos, algo que a falha da sonda nunca conseguiu fazer. (Crédito da imagem: Roscosmos)



Engenheiros russos estão lutando para salvar a espaçonave Phobos-Grunt em meio a sinais cada vez mais sombrios de que a missão pode ser perdida. A sonda foi lançada sem intercorrências em 8 de novembro, mas logo depois seu propulsor não conseguiu disparar para enviá-la em direção a Marte, deixando a espaçonave encalhada na órbita da Terra.

Phobos-Grunt foi projetado para uma missão ambiciosa de recuperar amostras da lua de Marte, Fobos, e devolvê-las à Terra, embora também carregasse uma pequena carga da Planetary Society, um grupo de defesa do espaço sem fins lucrativos, para testar os efeitos da microgravidade em organismos minúsculos.





Aqui, David Warmflash, o líder científico da equipe de carga útil dos EUA, chamou o Experiência de voo interplanetário vivo de Phobos , compartilha seus pensamentos sobre como a missão pode ser salva e como é ter uma nave espacial na borda.

Em comparação com os eventos que se desenrolaram quando meu primeiro experimento com a Sociedade Planetária voou no espaço, a perspectiva de que nosso novo experimento Sonda Phobos-Grunt da Rússia pode não ir além da órbita terrestre baixa (LEO) não provoca sentimentos de terror. Isso ocorre principalmente porque os milhões de passageiros microscópicos que meus colegas de todo o planeta empacotaram para a viagem de ida e volta de 34 meses de Phobos-Grunt através do espaço interplanetário não estão acompanhados por astronautas humanos. [Fotos: Missão da Rússia em Marte e Lua]



Em 2003, liderei um projeto patrocinado pela Planetary Society que, na superfície, era um estudo de microbiologia espacial, mas que veio a ser conhecido como o 'Experimento da Paz'. O projeto voou no infeliz voo STS-107 do ônibus espacial Columbia.

Dada a oportunidade de última hora de voar qualquer coisa no que seria uma missão de ônibus espacial dedicada inteiramente à ciência, eu propus ao então diretor executivo da Planetary Society Lou Friedman e ao diretor de projetos, Bruce Betts, que aproveitássemos o momento para faça com que estudantes israelenses e palestinos trabalhem juntos em nome da ciência e da exploração espacial.



Dado o pouco tempo disponível naquele ponto, todos nós sabíamos que qualquer novo experimento deve ser limitado em termos de sofisticação científica, mas Lou e Bruce concordaram comigo que havia uma oportunidade sem precedentes de ensinar ao mundo uma das ideias que o falecido Carl Sagan, fundador da Planetary Society, costumava promover: que a ciência e as viagens espaciais nos ajudam a perceber que nossas semelhanças como seres humanos curiosos sobre o cosmos superam as diferenças nacionais, étnicas e políticas.

Missão internacional

Engenheiros espaciais russos selam a espaçonave Mars Phobos-Grunt dentro de seu foguete Zenit 3SL para um lançamento em novembro de 2011 em direção ao Planeta Vermelho para explorar Marte e sua lua Fobos.

Engenheiros espaciais russos selam a espaçonave Mars Phobos-Grunt dentro de seu foguete Zenit 3SL para um lançamento em novembro de 2011 em direção ao Planeta Vermelho para explorar Marte e sua lua Fobos.(Crédito da imagem: Agência Espacial Federal Russa (Roscosmos))

Como líder científico da equipe dos EUA do Experimento Vivo de Voo Interplanetário Phobos da Sociedade Planetária (Phobos LIFE), eu vivo por essa ideia, assim como toda a equipe do projeto. Meus colegas da Planetary Society e do centro de recursos biológicos sem fins lucrativos American Type Culture Collection (ATCC) na Virgínia, e eu, somos cientistas americanos envolvidos em um experimento em uma sonda espacial da Rússia, uma nação que já foi nosso arquiinimigo.

Mas a natureza internacional do Phobos-LIFE vai além disso, envolvendo colegas na Alemanha e na Suécia que desempenham um papel central no experimento. Se isso não for suficiente, a Rússia não está apenas carregando o biomódulo no qual nossos organismos são embalados, mas os microbiologistas russos contribuíram com uma população mista de micróbios contidos em uma amostra de solo. E por falar nisso, o solo não é da Rússia, mas do deserto do Negev, em Israel.

Retornando do espaço na manhã de 1º de fevereiro de 2001, o ônibus espacial Columbia se partiu, matando os sete astronautas que haviam subido à órbita com o único propósito de cuidar e operar uma infinidade de experimentos, incluindo o nosso minúsculo, embora o nosso tivesse exigido apenas alguns botões a serem puxados ou girados em um determinado ponto do vôo.

Muitos dos outros experimentos eram mais sofisticados e desenvolvidos com muito mais reflexão e tempo. Por duas semanas, nos divertimos muito fazendo entrevistas, falando sobre ciências e obtendo ao nosso aluno palestino, Tariq Adwan, e ao nosso aluno israelense, Yuval Landau, o máximo de cobertura da mídia possível.

Ao contrário dos não pilotados Missão Phobos-Grunt cujo destino agora está em jogo, no entanto, a crise do Columbia desenvolveu-se muito rapidamente.

Esperando com dois amigos e colegas (não os alunos, já que não conseguimos permissão para eles entrarem no Kennedy Space Center na Flórida, onde o ônibus espacial foi lançado e estava programado para pousar) ao longo da pista onde o ônibus espacial deveria pousar, falhamos para ouvir o estrondo sônico usual que sinaliza que o orbitador de retorno está se aproximando.

Não demorou mais de um ou dois minutos para que a realidade do que havia acontecido se manifestasse. Talvez, por 10 ou 20 segundos, especulamos que o ônibus espacial poderia ter disparado seus foguetes um pouco mais cedo ou mais tarde e, assim, realizado um pouso de emergência em Novo México, ou mesmo Austrália, mas depois recebíamos telefonemas de pessoas em casa assistindo televisão e pronto. Sete pessoas estavam mortas e não havia chance de que algo de bom sairia do desastre.

Um foguete Zenit é lançado ao espaço levando a Rússia

Um foguete Zenit é lançado ao espaço levando a nave russa Phobos-Grunt em direção a Marte em uma missão para coletar amostras da lua marciana Fobos. A decolagem ocorreu em 9 de novembro de 2011, horário local, do Cosmódromo de Baikonur no Cazaquistão (8 de novembro EST).(Crédito da imagem: Centro Aeroespacial Alemão (DLR))

Preocupação e preocupação

Avance para 2011. No início deste ano, enviamos um experimento precursor, Shuttle-LIFE, ao espaço no vôo final do orbitador Endeavour, que foi perfeito.

Então, após o que parecia ser um lançamento limpo no início desta semana de Phobos-Grunt por um foguete russo Zenit 2, meus colegas e eu ficamos preocupados ao ouvir que as duas queimaduras do estágio superior de Fregat, cujo trabalho é impulsionar a espaçonave de sua órbita inicial da Terra em direção a Marte e sua lua maior, Fobos, não ocorreram. [ Vídeo: Amostragem de Marte e Lua Fobos ]

Isso foi há quase três dias e, desde então, com base nas escassas informações que surgiram, o Agência Espacial Federal Russa , Roscosmos, parece estar concentrando esforços no restabelecimento da comunicação com a sonda, testando sua orientação em relação ao sol para que suas baterias possam carregar e diagnosticando o motivo da falha dos motores Fregat para acender.

Se os motores do Fregat não puderem ser ligados, as últimas notícias das autoridades russas prevêem que Grunt retornará à atmosfera em 3 de dezembro.

Fontes não confirmadas na Rússia sugeriram, de forma muito pessimista, que se os controladores não pudessem se comunicar com a sonda muito em breve, tudo estaria perdido.

Mas o prazo de agora até então realmente deixa muito tempo, não apenas para esforços de recuperação, mas também para golpes de gênio - muito mais tempo do que estava disponível para, digamos, a missão Apollo 13 problemática-mas-finalmente-salva.

Temendo o pior cenário

O fato de não haver astronautas nesta missão significa que o tipo e o nível de preocupação serão muito diferentes em comparação com voos de aeronaves pilotadas. Enquanto escrevo isto, no final da tarde de quinta-feira (10 de novembro), há dezenas de artigos flutuando, vários blogs e milhares de tweets, todos expressando medos semelhantes de um cenário de pior caso, em que a nave espacial Phobos-Grunt e seus 12 inteiros Uma carga de combustível tóxico chega a uma área populosa daqui a duas semanas.

No entanto, até onde posso dizer, a probabilidade de tal cenário não é comprovada por nenhuma fonte confiável. Se toda a espaçonave cair, os especialistas dizem que, muito provavelmente, o combustível queimará no alto da atmosfera. Sim, existe a preocupação de que, após um tempo suficiente no espaço, o combustível possa congelar e, assim, chegar ao solo, um desastre ambiental em potencial, mas esse cenário é construído sobre vários 'se'.

Levando tudo isso em consideração, sou obrigado a concentrar minhas preocupações em todo o trabalho que terá sido realizado por tantas pessoas dedicadas para levar esta missão ao espaço e em toda a ciência que terá sido perdida.

Pesando apenas 88 gramas, nosso biomódulo LIFE é apenas uma quantidade minúscula da carga útil de Grunt, muito menos as 13 ou mais toneladas de sua massa total. O experimento custou cerca de US $ 500.000 para ser desenvolvido, uma pequena soma em comparação aos muitos milhões de dólares que foram gastos na missão Phobos-Grunt como um todo.

Montado dentro da cápsula na qual 200 gramas do material da superfície de Fobos serão depositados para um vôo de volta à Terra, o biomódulo é passivo, não exigindo nenhum cuidado durante os esperados 34 meses da missão.

Outros componentes da carga útil científica incluem um extenso pacote de instrumentos projetado para permanecer em Fobos após um foguete de estágio superior lançar a cápsula de retorno com a amostra de superfície e nosso biomódulo de volta à Terra. Também pegando carona em Phobos-Grunt está a sonda chinesa Yinghuo-1, que deve orbitar Marte.

Evitando um acidente

Este infográfico em russo da Rússia

Este infográfico em russo da Agência Espacial Federal da Rússia descreve as diferentes fases do voo, pouso, coleta de amostras e retorno para a missão russa Phobos-Grunt à lua de Marte Phobos, lançada em novembro de 2011.(Crédito da imagem: Agência Espacial Federal (Roscosmos))

Atualmente, os funcionários da Roscosmos estão focados em se comunicar com a espaçonave, como devem ser, se ela fizer qualquer coisa além de cair.

Estando na equipe científica, no entanto, sem contato com as pessoas que estão controlando a missão, é tentador considerar como parte da ciência pretendida para a missão pode ser salva, no caso de os controladores Roscosmos conseguirem recuperar a espaçonave , mas apenas parcialmente.

O que significa recuperação parcial? Isso pode significar que eles ganham o controle dos sistemas da espaçonave e podem disparar os motores, mas depois que a órbita ao redor da Terra caiu tão baixo que não há combustível suficiente para ir para Fobos.

Ou, pode significar que eles ganham o controle da espaçonave, mas que o motor Fregat ainda não pegará, mas as unidades de propulsão muito menos poderosas projetadas para pousar a nave em Fobos e impulsionar a cápsula de retorno de volta à Terra estão funcionando bem. O que então?

Pensando nisso no contexto da Apollo 13, estou me perguntando o que poderia ser feito para evitar que parte ou toda a carga útil da ciência reentrasse na atmosfera.

Depois que uma explosão no módulo de serviço da Apollo 13 cortou a propulsão e a energia, o módulo de excursão lunar (LEM) foi usado como um barco salva-vidas para fornecer suporte de vida aos três astronautas, e o motor de seu estágio de descida para mudanças de curso, até o módulo de comando poderia reentrar na atmosfera após uma longa costa ao redor da lua.

Sem o estágio superior Fregat, Grunt não pode viajar para Fobos, mas se este estágio poderoso e maciço fosse descartado, alguns motores menos poderosos, mas funcionais, estariam disponíveis para queimaduras. Isso seria o suficiente para enviar qualquer um dos componentes para uma órbita mais alta? Provavelmente, uma pergunta mais importante para você neste ponto é: 'Qual seria o objetivo disso?'

Bem, talvez o Yinghuo-1 chinês pudesse fazer algo cientificamente útil na órbita da Terra, e talvez o equipamento projetado para ficar na superfície fobosiana pudesse ser útil.

Então, há o biomódulo LIFE, que pegamos carona na missão Grunt simplesmente para colocá-lo no espaço interplanetário pelo maior tempo possível, 34 meses no caso desta missão.

Por espaço interplanetário, estamos falando de um ambiente no qual a radiação do espaço é muito mais intensa do que no LEO, porque acima da órbita da Terra está a geomagnetosfera, os cinturões de Van Allen, que prendem a radiação de partículas carregadas vinda do espaço profundo. Existe um cinturão interno que se estende de cerca de 100 a 10.000 quilômetros de altura, e um cinturão externo que se estende de 13.000 a 60.000 quilômetros de altitude.

A Apollo 16 e a Apollo 17 realizaram experimentos de biologia conhecidos como Biostacks 1 e 2 além desses cinturões (a lua está a cerca de 400.000 quilômetros de distância). No entanto, isso durou apenas vários dias para cada missão, enquanto a maioria dos outros testes de sobrevivência de organismos no espaço ocorreram no LEO.

Salvando Phobos-LIFE

O experimento LIFE, vista explodida.

O experimento LIFE, vista explodida.(Crédito da imagem: The Planetary Society)

Uma vez que os russos nos ofereceram a oportunidade de levar 10 espécies biológicas muito além da geomagnetosfera, indo e voltando de Fobos, sabíamos que tínhamos uma oportunidade sem precedentes de testar se os organismos podem sobreviver por quase três anos no ambiente espacial interplanetário.

Para cumprir os objetivos do Phobos LIFE, porém, a cápsula de retorno, onde o biomódulo é montado, na verdade só precisaria voar além dos cinturões de radiação. Consequentemente, é tentador pensar em uma espécie de missão de consolação para Grunt, baseada na ideia de impulsionar a cápsula de retorno para uma órbita com uma altitude de 60.000 quilômetros ou mais. Então, depois de alguns anos, a cápsula poderia retornar à Terra, como deveria fazer no caminho de volta de Fobos.

Ou talvez eles pudessem até deixá-lo ativo por cinco ou dez anos até que pudesse ser recuperado de outra forma. Já que estamos analisando a capacidade dos micróbios de resistir ao espaço, quanto mais tempo, melhor.

Não sei se é possível, nem como Roscosmos se sentiria em relação a reaproveitar a missão e, claro, espero o melhor, porque estou quase tão empolgado com o retorno da amostra de Fobos quanto estou com o nosso muito menor experimentar.

No entanto, caso o controle seja restaurado, mas a nave não possa chegar a Fobos devido a problemas de combustível ou motor, tentar salvar a carga útil científica parece muito melhor do que permitir que ela queime com o combustível na reentrada.

David Warmflash, M.D., é astrobiólogo e líder científico da equipe dos EUA do Experimento de Voo Interplanetário Fobos Vivo da Sociedade Planetária.